[發明專利]一種SSVEP腦-機接口的異步控制系統

在審

• 申請號: 201811344473.8
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109656356A
• 公開（公告）日: 2019-04-19
• 發明（設計）人: 杜佳樂;柯余峰;明東;張裕坤;王仲朋;宋西姊;何峰
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06K9/62;G06F17/14;G01R23/16
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李林娟

本發明公開了一種SSVEP腦?機接口的異步控制系統，系統包括：頻率識別模塊、以及異步分類模塊，采集到的腦電數據經數據處理提取到相應的穩態視覺誘發特征信號，用于實驗任務的模式識別，識別出可能性最大的指令后，進入該指令對應的異步分類模塊；所述頻率識別模塊，采用特征提取器，從來自預處理部分的腦電中提取反映用戶意圖的信號特征，用相關分析法來處理所得信號特征，找出相關系數最大的頻率；所述異步分類模塊用于判斷出是控制指令或空閑指令，指令輸出時則對應刺激方塊的下方會有反饋，否則屏幕上不出現任何反饋。本發明通過先識別頻率，再在頻率識別的基礎上識別控制態和空閑態，進而判斷用戶腦部當前狀態(控制態/空閑態)的可行性。

技術領域

本發明涉及人機交互技術領域，尤其涉及一種SSVEP(穩態視覺誘發電位)腦-機接口的異步控制系統及方法。

背景技術

基于穩態視覺誘發電位(Steady State Visual Evoked Potentials，SSVEP)的腦-機接口(Brain Computer Interface，BCI)是最受歡迎的BCI范式之一。典型的SSVEP-BCI利用固定頻率閃爍的視覺刺激所誘發的電位，將用戶的視覺活動轉換成實際命令，具有較高的速度和穩定性，但用戶需要按照腦-機接口系統提示的開始、結束時刻來實現腦控，人需要跟隨腦-機接口系統的節奏，這種同步腦-機接口系統在實際生活中應用受限，該系統發送指令不是完全按照用戶的意圖。而異步腦-機接口系統可以持續監測用戶腦電狀態，當用戶有控制意圖時發送指令，當用戶沒有控制意圖時不發送指令，異步腦-機接口系統跟隨用戶的節奏，實現了一種更為自然的交互方式。

發明內容

本發明提供了一種SSVEP腦-機接口的異步控制系統，本發明通過先識別頻率，再在頻率識別的基礎上識別控制態和空閑態，進而判斷用戶腦部當前狀態(控制態/空閑態)的可行性，可以用于殘疾人輔助、電子娛樂、工業控制、航天工程等領域，使得腦-機交互更加自然、更加貼近實際生活應用，詳見下文描述：

一種SSVEP腦-機接口的異步控制系統，包括：依次順序連接的穩態誘發視覺模塊，腦電電極和腦電放大器等腦電采集模塊、數據預處理模塊，所述系統還包括：頻率識別模塊、以及異步分類模塊，

采集到的腦電數據經數據處理提取到相應的穩態視覺誘發特征信號，用于實驗任務的模式識別，識別出可能性最大的指令后，進入該指令對應的異步分類模塊；

所述頻率識別模塊，采用特征提取器，從來自預處理部分的腦電中提取反映用戶意圖的信號特征，用相關分析法來處理所得信號特征，找出相關系數最大的頻率；

所述異步分類模塊用于判斷出是控制指令或空閑指令，指令輸出時則對應刺激方塊的下方會有反饋，否則屏幕上不出現任何反饋；

進一步地，所述異步分類模塊包括：五種識別方法，用于識別控制態、空閑態，

所述五種識別方法分別是：直接計算功率譜法、空間濾波后計算功率譜法、相關系數法、空間濾波后計算功率譜法與相關系數法在特征層面融合、空間濾波后計算功率譜法與相關系數法在決策值層面融合。

其中，所述直接計算功率譜法具體為：

對預處理后的腦電信號計算在頻率的基頻及其2、3、4、5諧波處的功率譜，提取特征，然后將特征送入分類器，識別出當前用戶意圖處于控制態還是空閑態。

其中，所述空間濾波后計算功率譜法具體為：

對預處理后的腦電信號進行空間濾波、任務相關成分分析，然后計算功率譜、提取特征、送入分類器。

進一步地，所述相關系數法具體為：將相關系數作為特征，送入分類器。

其中，所述空間濾波后計算功率譜法與相關系數法在特征層面融合具體為：